WO2009112017A2

WO2009112017A2 - Verfahren zur herstellung eines rotorblattes für eine windkraftanlage sowie ein nach diesem verfahren hergestelltes rotorblatt

Info

Publication number: WO2009112017A2
Application number: PCT/DE2009/000327
Authority: WO
Inventors: Rudolf Zocher
Original assignee: Thoenes Dichtungstechnik Gmbh
Priority date: 2008-03-14
Filing date: 2009-03-16
Publication date: 2009-09-17
Also published as: DE112009001181A5; WO2009112017A3

Abstract

Der Erfindung, die ein Verfahren zur Herstellung eines Rotorblattes (1) für eine Windkraftanlage sowie ein nach diesem Verfahren hergestelltes Rotorblatt mit einem Rotorblattfuß zur Verbindung mit einer Nabe der Windkraftanlage von dem aus sich ein Rotorblattformkörper mit einer Längserstreckung in Richtung zu seinem dem Rotorblattfuß abgewandten Ende erstreckt, liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rotorblatt und ein Herstellungsverfahren dazu anzugeben, das eine Fertigung mit geringem Aufwand, insbesondere mit geringem Materialaufwand, ermöglicht und eine hohe Betriebszuverlässigkeit gewährleistet. Dies wird dadurch gelöst, dass ein textiles Halbzeug (6) auf einen Kern (5) durch Aufflechten in Radialflechttechnik aufgebracht und durch ein Matrixmaterial stabilisiert wird.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Rotorblattes für eine

Windkraftanlage sowie ein nach diesem Verfahren hergestelltes Rotorblatt

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rotorblattes für eine Windkraftanlage sowie ein nach diesem Verfahren hergestelltes Rotorblatt mit einem Rotorblattfuß zur Verbindung mit einer Nabe der Windkraftanlage, von dem aus sich ein Rotorblattformkörper mit einer Längserstreckung in Richtung zu seinem dem Rotorblattfuß abgewandten Ende erstreckt .

Es ist bekannt, ein Rotorblatt aus einem Verbundwerkstoff, genauer einem Faserverbundwerkstoff herzustellen. Ein Faserverbundwerkstoff ist ein aus zwei Komponenten, nämlich aus einer Anordnung von Fasern oder Filamenten und einer diese bettenden Matrix bestehender Mehrphasen- oder Mischwerkstoff, der durch gegenseitige Wechselwirkungen der beiden Komponenten höherwertige Eigenschaften erhält, als jede der beiden einzeln beteiligten Komponenten.

In der DE 32 32 361 Al ist das Herstellungsverfahren eines Windturbinen-Rotorflügels beschrieben, bei dem der Rotorflügel zweiteilig aus einem faserverstärkten Beton gefertigt wird, wobei die beiden Teile nach dem Formprozess zusammengefügt sind.

In der DE 10 2008 012 777 Al wird ebenfalls eine zweiteilige Fertigung beschrieben, bei der jedes Teil aus einem Fasermaterial, das mit einem Matrixmaterial getränkt wird, welches aushärtet, gefertigt wird. Nach dem Aushärten werden dann beide Teile zusammengefügt.

Die DE 10 2007 020 338 Al offenbart eine Herstellung eines Rotorblattes für Windkraftanlagen, welche auch eine

BESTATIGUNGSKOPIE zumindest abschnittsweise einstückige Fertigung vorsieht. Dabei wird ein Fasermaterial schichtweise auf einen Kern gestapelt und laminiert. Der Kern verbleibt nach dem Aushärten in dem Rotorblatt.

Bei allen Verfahren wird eine gezielte Lage der Fasern nicht berücksichtigt. Auch weisen die so gefertigten Rotorblätter Materialinhomogenitäten auf. Der Fertigungsprozess gestaltet sind ebenfalls aufwändig.

Die Technik des Flechtens ist ein an sich bekanntes Verfah- ren, z.B. bei der Herstellung von Schlauchdichtungen oder von Schläuchen, wie in der DE 32 40 029 Al beschrieben. Es ist auch bekannt, das Flechten bei der Herstellung von Rohren einzusetzen, wie in der DE 28 34 511 C2 beschrieben. Hierbei wird eine geflochtene Ummantelung mit einem Kunst- harz getränkt. Dieses Verfahren hat die Aufgabe, die Druckfestigkeit von Rohrleitungen auf kostengünstige Weise zu erhöhen.

Aus der WO 2005/105417 Al ist ein Verfahren zur Herstellung einer Hohlstruktur und die Hohlstruktur selbst bekannt, bei der ein textiles Halbzeug geflochten wird, das sodann mit einem Blasformverfahren zu der Hohlstruktur, beispielsweise einer Getriebewelle, geformt wird. Hierbei wird das textile Halbzeug in ein Formwerkzeug gelegt. In das textile Halbzeug wird sodann ein Blasschlauch gesteckt, der mit Druckluft beaufschlagt wird. Damit wird das textile Halbzeug an die Innenseite des Formwerkzeuges gepresst oder an eine dazwischen liegende Pressform aus einem Hybridgarn gepresst. Unter Wärmeeinwirkung durch das Formwerkzeug verschmelzen die thermoplastischen Fasern zu einer Matrix.

Die Herstellung eines textilen Halbzeuges wird durch eine Radialflechttechnologie ermöglicht. Mit der Radialflechttechnologie werden Rundgeflechte erzeugt, bei denen die Fäden in einem Flechtmittelpunkt gewebeartig miteinander verkreuzt werden. Radialflechtmaschinen zeichnen sich dadurch aus, dass die Achse der Klöppel radial zum Flechtmittelpunkt gerichtet sind, so dass auch der Abzug der Fäden von den Klöppeln radial zu dem Flechtmittelpunkt erfolgt.

Die Fäden selbst bestehen aus einer Vielzahl von Filamenten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, ein Rotorblatt und ein Herstellungsverfahren dazu anzugeben, das eine Fertigung mit geringem Aufwand, insbesondere mit geringem Materialaufwand, ermöglicht und eine hohe Betriebszuverlässigkeit gewährleistet .

Die Aufgabe wird durch ein Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 gelöst. Die Ansprüche 2 bis 17 zeigen günstige Ausgestaltungen des Verfahrens. Weiterhin wird die Aufgabe durch ein Rotorblatt nach Anspruch 18 gelöst, wobei die Ansprüche 19 bis 37 günstige Ausgestaltungen des Rotorblattes zeigen.

Erfindungsgemäß wird ein textiles Halbzeug auf einen Kern durch Aufflechten in Radialflechttechnik aufgebracht.

In einer Gestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei vorgesehen, dass das textile Halbzeug auf einen formstabilen Kern mit einer Außenform aufgebracht wird, die zu der Außenform des herzustellenden Rotorblattes geometrisch ähnlich ist.

Dabei dient der Kern a priori nicht der mechanischen Stabilisierung, sondern nur der Formgebung. Durch seine Formstabilität werden genaue geometrische Verhältnisse eingestellt, die dazu beitragen, spätere Materialinhomogenitäten des Rotorblattes zu vermeiden. Die Besonderheit dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass das Geflecht mit einem Form- und Kraftschluss auf den formgebenden formstabilen Kern aufgebracht wird. Damit wirkt auf den Kern und innerhalb des Geflechts selbst bereits eine Spannkraft, die eine hohe Stabilität mit sich bringt.

Das textile Halbzeug wird zusammen mit dem Kern in eine die äußere Mantelfläche des textilen Halbzeuges umschließende Hohlform eingebracht, die eine der Außenfläche des

Rotorblattformkörpers formgebende Innenfläche aufweist. Nach Verschließen der Hohlform wird ein duroplastisch aushärtendes Matrixmaterial in die Hohlform eingebracht.

Dies kann auch unter Vakuumunterstützung vollzogen werden, wobei die Hohlform nach dem Verschließen und vor Einbringen des Matrixmaterials mit Vakuum beaufschlagt wird und dann das Matrixmaterial unter Vakuumbedingungen eingebracht wird, wodurch eine besonders gute Infiltration des Matrixmaterials in das textile Halbzeug erreicht wird.

Eine Matrix wird in dem textilen Halbzeug durch Infiltration und Aushärten des Matrixmaterials unter Bildung eines Rotorblattformkörpers erzeugt. Anschließend erfolgt das Ausformen des Rotorblattformkörpers.

Zur Herstellung einer erforderlichen Wandungsstärke kann das Flechten auch mehrfach in mehreren Lagen durchgeführt werden. Damit können Parameter des Rotorblattes beeinflusst werden, so beispielsweise das Schwingungsverhalten oder die Oberflächenbeschaffenheit .

Vorzugsweise wird das Verfahren derart ausgeführt, dass in einer Verfahrensvariante der Rotorblattformkörper mit einer über den Umfang und über die Längserstreckung konstanten Wandstärke zwischen Kern und Mantelfläche hergestellt wird. Zum einen ist damit die Wandstärke bei jedem Rotorblatt einer Windkraftanlage genau reproduzierbar, zum anderen können damit Unwuchten vermieden werden.

Es kann auch vorteilhaft sein, den Kern so zu gestalten, dass er in der Art einer verlorenen Schalung in dem Rotorblattformkörper, d.h. nach dem Aushärten der Matrix, verbleibt. Damit wird einerseits mindestens ein Arbeitsgang gespart. Andererseits kann der verbleibende Kern auch noch zusätzlich Stützfunktionen mit übernehmen.

In einer anderen Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass das textile Halbzeug auf einen einfallenden Kern aufgebracht wird und dieser Kern nach dem Ausformen aus dem Rotorblattformkörper entfernt wird. Somit kann einerseits eine Gewichtsreduzierung erreicht werden. Außerdem wird somit der relativ aufwendig zu fertigende Kern einer mehrfachen Nutzung unterzogen.

Es ist jedoch auch möglich, das textile Halbzeug auf einen Blaskern aufzubringen. Dessen Größe wird so bestimmt, dass das darauf entstehende Geflecht im Formprozess innerhalb der Hohlform unter Ausnutzung der Flexibilität des Geflechts an die Innenseite der Hohlform angepresst wird.

Eine einfache Realisierung der Matrix ist in einem Einsatz eines duroplastischen Werkstoffes in Form von Epoxydharz zu sehen. Darüber hinaus ist aber auch anderes Material, wie beispielsweise Vinylesterharz oder Polyesterharz als Matrix einsetzbar.

Für die Einstellung einer besonderen Oberflächengüte kann es zweckmäßig sein, dass die äußere Mantelfläche des Rotorblattformkörpers nach dem Härten bearbeitet, insbesondere geglättet wird. Dies kann durch ein Verfüllen von Unebenheiten in der Art des Spachteins erfolgen. Eine glatte Oberfläche wirkt sich in jedem Falle positiv auf das Strömungsverhalten aus.

In einer weiteren Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Mantelfläche außen mit einer Beschichtung oder einem Schichtsystem versehen wird. Auch hierdurch kann ein gutes Strömungsverhalten durch eine geringe Rauhigkeit in der Oberfläche erreicht werden, was zum einen mit dem Schichtauftrag erreicht werden kann.

Es kann auch vorgesehen werden, dass die Beschichtung oder das Schichtsystem aus reibungs- oder haftungsminderndem Material besteht. Damit können beispielsweise reibungs- oder haftungsmindernde Eigenschaften auf der Manteloberfläche eingestellt werden, mit denen Eisansätze abrutschen oder Verschmutzungen vermieden werden können.

Beim Einsatz eines Kernes, der in dem Rotorblattformkörper verbleibt, ist es auch möglich, dass an den Kern ein Lasteinleitungselement angeformt wird, das nach dem

Ausformen aus dem Rotorblattformkörper herausragt. Dieses Lasteinleitungselement kann den Rotorblattfuß bilden oder mit ihm verbunden sein. Der Vorteil ist hierbei, dass der Kern sogleich als Ganzes hergestellt werden kann, so dass ein zusätzlicher Arbeitsgang, nämlich der des Einklebens, entfallen kann.

In einer konkreten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das textile Halbzeug mit drei Fadensystemen geflochten wird. Dabei besteht ein erstes Fadensystem aus mehreren sich im wesentlichen in Richtung der Längserstreckung erstreckenden Längsfäden, ein zweites Fadensystem aus mehreren ersten Flechtfäden, die zu den Längsfäden schräg gekreuzt sind und ein drittes Fadensystem aus mehreren zweiten Flechtfäden, die zu den Längsfäden schräg und entgegengesetzt zu den ersten Flechtfäden gekreuzt sind.

Durch einen derartigen Lagenaufbau wird gewährleistet, dass die eingesetzten Verstärkungsfäden in der Hauptbeanspruchungsrichtung angeordnet sind, wodurch eine hohe Form- Stabilität des Rotorblattformkörpers erreicht wird. Insbesondere die Längsfäden sind geeignet, eine Biegebelastung des Rotorblattes aufzunehmen.

Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die Längsfäden so in das Geflecht eingebracht werden, dass sie zur Richtung der Längserstreckung einen Winkel von höchstens 5° einschließen.

Weiterhin kann von den Flechtfäden jeder Winkel zweck- entsprechend ausgenutzt werden, den eine Radialflecht- πiaschine bietet, indem die ersten Flechtfäden so geflochten werden, dass sie zur Richtung der Längserstreckung einen Winkel von 10° bis 80° einschließen.

Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, dass die ersten Flecht- fäden so geflochten werden, dass sie zur Richtung der Längserstreckung einen Winkel von 20° bis 45° einschließen.

In gleicher Weise können die zweiten Flechtfäden so geflochten werden, dass sie zur Richtung der Längserstreckung einen Winkel von 10° bis 80° einschließen.

Auch hierbei ist es zweckmäßig, dass die zweiten Flechtfäden so geflochten werden, dass sie zur Richtung der Längserstreckung einen Winkel von 20° bis 45° einschließen.

Unter Ausnutzung der technologischen Möglichkeiten ist es zweckmäßig, dass die ersten und die zweiten Flechtfäden so geflochten werden, dass sie betragsmäßig den gleichen Winkel zur Richtung der Längserstreckung einschließen.

Die Fäden können alle die gleiche Feinheit oder unterschiedliche Feinheiten aufweisen. Durch die Veränderung der Feinheit der Flechtfäden kann auf die Anzahl der Filamente und der Wandstärke Einfluss genommen werden. Die Feinheit wird üblicher Weise mit der Bezeichnung "Tex" und einem Zahlenwert angegeben, der die Masse eines Fadens in Gramm pro 1000 m Fadenlänge kennzeichnet. Die Feinheit kann zweckmäßigerweise mit 2400 Tex gewählt werden.

Bei der anordnungsseitigen Lösung der Aufgabenstellung ist vorgesehen, dass das Rotorblatt für eine Windkraftanlage mit einem Rotorblattfuß und einem Rotorblattformkörper mit einer Längserstreckung in Richtung zu seinem dem Rotorblattfuß abgewandten Ende aufgebaut ist, wobei der

Rotorblattformkörper aus einem Werkstoffverbund aus einem mit einem in Radialflechttechnik geflochtenem textilen Halbzeug, in das eine Matrix aus duroplastisch ausgehärtetem Matrixmaterial eingebracht ist, besteht.

Um Materialinhomogenitäten zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn der Rotorblattformkörper so ausgebildet ist, dass er eine über den Umfang und über die Längserstreckung konstante Wandstärke aufweist.

Die Matrix wird aus einem Matrixmaterial erzeugt, das im Ausgangszustand viskos ist. Nach Infiltration in das textile Halbzeug wird dann ein Aushärtvorgang eingeleitet. Dies kann zeitlich gesteuert sein, beispielsweise durch den Zeitpunkt des Komponentenmischens ausgelöst werden, oder aber auch durch Fremdeinwirkung, beispielsweise durch eine Strahleneinwirkung provoziert oder beschleunigt werden.

In jedem Falle haben sich Matrixmaterialien wie Epoxydharz, Vinylesterharz oder Polyesterharz als zweckmäßig erwiesen.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Rotorblattes ist vorgesehen, dass der Rotorblattformkörper als Mantel auf einem Kern angeordnet ist. Dies bedeutet in aller Regel, dass der Kern beim Herstellen in der aus dem Bauwesen bekannten "verlorenen Schalung", bei der die Schalung im Bauwerk verbleibt, ebenfalls in dem Rotorblattformkörper verbleibt .

Da der Kern selbst im Wesentlichen nur der Formgebung des Mantels dient, kann dieser in einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung aus Kunststoffmaterial bestehen. Der Kern muss allerdings dabei eine solche Festigkeit aufweisen, dass er die Spannkraft aufnimmt, die das Geflecht des textilen Halbzeuges bei der Herstellung auf ihn ausübt. In einer Ausgestaltung des Rotorblattes ist vorgesehen, dass die Oberfläche des Rotorblattformkörpers geglättet ist, was zur Verbesserung des Strörαungsverhaltens sehr zweckmäßig ist.

Eine Glättung kann beispielsweise durch ein Verspachteln erreicht werden. Dieser dafür erforderliche Arbeitsschritt kann allerdings dadurch eingespart werden, dass die Oberfläche des Rotorblattformkörpers durch eine Füllung des textilen Halbzeugs mit der Matrix geglättet ist.

Zum Zwecke der direkten Nutzung eines erfindungsgemäßen

Rotorblattes ist vorgesehen, dass die Oberfläche des Mantels beschichtet ist. Eine solche Schicht kann darin bestehen, dass die Oberfläche mit einem reibungs- oder haftungs- mindernden Material beschichtet ist. Mittels einer solchen Beschichtung lassen sich insbesondere Rotorblätter ausgestalten, auf denen keine Partikel haften sollen, wie beispielsweise Staubpartikel oder Eisansätze.

Um das erfindungsgemäße Rotorblatt mit dem Rotor der Windkraftanlage verbinden zu können, ist der Rotorblattformkörper an seinem dem Rotorblattfuß zugewandten Ende mit einem Lasteinleitungselement versehen, das den Rotorblattfuß bildet oder mit ihm verbunden ist. Dieses kann vorzugsweise eingeklebt sein.

Insbesondere ist das Lasteinleitungselement als Zapfen ausgebildet, der koaxial zur Mittellängsachse des Rotorblattformkörpers liegt.

Befindet sich noch ein Kern in dem Rotorblattformkörper, so kann dieser einen Hohlraum als Innenraum einschließen, in dessen Enden das Lasteinleitungselement eingeklebt ist.

Alternativ dazu kann das Lasteinleitungselement bereits an dem Kern angeformt sein.

Nachfolgend werden die Fadenlagen des textilen Halbzeugs, das ja die Grundlage für den Rotorblattformkörper bildet, näher beschrieben. Deren Funktionsweisen, Vorteile und Einsatzzwecke wurden bereits bei der verfahrensseitigen Lösung mit beschrieben.

Bei einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen

Rotorblattes ist vorgesehen, dass das textile Halbzeug drei Fadensysteme aufweist. Dabei besteht ein erstes Fadensystem aus mehreren sich im Wesentlichen in Richtung der Längserstreckung erstreckenden Längsfäden, ein zweites Fadensystem aus mehreren ersten Flechtfäden, die zu den

Längsfäden schräg gekreuzt sind, und ein drittes Fadensystem aus mehreren zweiten Flechtfäden, die zu den Längsfäden schräg und entgegengesetzt zu den ersten Flechtfäden gekreuzt sind. Dabei können die Längsfäden zur Richtung der axialen Längserstreckung einen Winkel von höchstens 5° einschließen. Die ersten und/oder zweiten Flechtfäden können zur Richtung der Längserstreckung einen Winkel von 10° bis 80°, vorzugsweise einen Winkel von 20° bis 45°, einschließen.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Rotorblattes,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Teil des Rotorblattes mit einer aufgebrachten Beschichtung,

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Rotorblatt mit einer aufgebrachten Beschichtung,

Fig. 4 Verfahrensschritte a) bis f) zur Herstellung eines Rotorblattes gemäß Fig. 2 und Fig. 3,

Fig. 5 einen Abschnitt eines Rotorblattes mit geglätteter Mantelfläche, Fig. 6 einen Längsschnitt durch einen Teil des Rotorblattes gemäß Fig. 5,

Fig. 7 einen Querschnitt durch ein Rotorblatt gemäß Fig. 5,

Fig. 8 eine schematische vergrößerte Darstellung des tex- tilen Halbzeuges mit drei Fadensystemen und

Fig. 9 eine Windkraftanlage.

Wie in- Fig. 1 dargestellt, ist ein Rotorblatt 1 mit seiner äußeren Mantelfläche 2 so gestaltet, dass es eine aerodynamische Form aufweist. An einer Seite ist das Rotorblatt 1 mit einem Rotorblattfuß 3 versehen.

Das Rotorblatt 1 ist zur mechanischen Aufnahme und zur Kraftableitung an der Seite des Rotorblattfußes 3 mit einem Lasteinleitungselement 4 versehen.

Wie in Fig. 1 und Fig. 2 ersichtlich ist, besteht das

Rotorblatt 1, welches in Fig. 2 bis Fig. 8 schematisch als zylindrischer Körper dargestellt ist, aus einem Kern 5, auf den ein mehrlagiger Mantel 6 mittels eines textilen Halbzeugs in Flechttechnik aufgebracht wird, das nach dem Flechten mit einem fluiden Matrixmaterial getränkt wurde, das nach einer Reaktionszeit im textilen Halbzeug aushärtet.

Das Verfahren hierzu ist in Fig. 4 dargestellt.

Im Verfahrensschritt a) wird zunächst von einem Kern 5 als einem formstabilen zylindrischen Kern 5 ausgegangen. Auf diesen wird in Verfahrensschritt b) durch Aufflechten in Radialflechttechnik ein textiles Halbzeug 11 aufgebracht. Dieses textile Halbzeug 11 wird zusammen mit dem Kern 5 in eine die äußere Mantelfläche 12 des textilen Halbzeuges 11 umschließende zylindrische Hohlform 8, die eine der äußeren Mantelfläche 2 des Rotorblattes 1 formgebende Innenfläche aufweist, eingebracht, wie dies in Schritt c) dargestellt ist. Anschließend wird die Hohlform 13 verschlossen.

Über Einfüllstutzen 14 wird sodann ein duroplastisch aushärtendes Matrixmaterial 15 in die Hohlform 13 unter Vakuumunterstützung eingebracht, wie dies in Schritt d) darge- stellt ist. Innerhalb des textilen Halbzeuges 11 härtet dieses Matrixmaterial 15 sodann duroplastisch aus. Dabei bildet sich eine Matrix in dem textilen Halbzeug 11 durch Infiltration und Aushärten des Matrixmateriales 15 unter Bildung des Mantels 6 und damit eines stabilen Rotorblattformkörpers 16. Wie in Schritt e) dargestellt, wird dieser Rotorblattformkörper 16 sodann aus der Hohlform 13 ausgeformt. Dabei verbleibt der Kern 5 in dem Rotorblattformkörper 16.

Am Ende des Rotorblattformkörpers 16 am Rotorblattfuß 3 können Endstücke 9 mit daran angeformten Zapfen 4 eingeklebt werden, wie dies in Schritt f) dargestellt ist. Die Zapfen 4 liegen koaxial zur Längsachse 18 des Rotorblattformkörpers 16.

Dadurch, dass das textile Halbzeug 11 auf den Kern 5 mit einer über seine Richtung in Längserstreckung 17 gleichen

Dicke aufgebracht wird, kann der Rotorblattformkörper 16 mit einer über den Umfang und über die Längserstreckung 17 konstanten Wandstärke zwischen Kern 5 und Mantelfläche 2 hergestellt werden.

Die Oberfläche 2 des Mantels 6 ist sodann hinreichend glatt, könnte jedoch auch präventiv noch einmal geglättet werden. Zur Herstellung eines guten Strömungsverhaltens und zur Verringerung eines Eisansatzes und einer Verschmutzung wird auf der Oberfläche 2 des Mantels 6 eine Schutzschicht 7 abgeschieden.

In Fig. 5 bis Fig. 8 ist ein Rotorblatt 10 mit geglätteter Oberfläche dargestellt. Gleiche Bezugszeichen weisen auf funktionsgleiche Elemente zu dem Rotorblatt 1 hin. Wie in Fig. 5 ersichtlich, wird die äußere Mantelfläche 2 durch die Oberfläche des Mantels 6 selbst gebildet, wie dies durch die Flechtstruktur gezeigt werden soll.

Das Rotorblatt 10 ist zur mechanischen Aufnahme und gegebenenfalls zum Abtrieb dem Ende des Rotorblattfußes 3 ebenfalls mit einem Lasteinleitungselement 4 versehen. Es sei an dieser Stelle betont, dass die Lasteinleitungselemente 4 nicht unbedingt erforderlich sind. Es ist auch möglich, das Rotorblatt 1 mit dem Rotorblattfuß 3 direkt an den Rotor anzuflanschen.

Wie in Fig. 6 und Fig. 8 ersichtlich ist, besteht das Rotorblatt 10 aus einem Kern 5, auf den ein mehrlagiger Mantel 6 in Radialflechttechnik aufgebracht wird. Wie in Fig. 4 dargestellt, werden nach dem Flechten die Flechtfasern mit einem fluiden Matrixmaterial getränkt, dass nach einer Reaktionszeit im Geflecht unter Bildung der Matrix aushärtet, wodurch der Mantel 6 und damit auch der Rotorblattformkörper 16 entsteht.

Der Kern 5 bildet einen Hohlraum 8, in dessen rotorblatt- fuss-seitigem Ende ein Endstück 9 mit einem Zapfen 4 eingeklebt ist. Der Zapfen 4 liegt koaxial zur Mittellängsachse 18 des Rotorblattformkörpers 16.

Wie in Fig. 8 dargestellt, weist das textile Halbzeug 11 des Rotorblattes 1 und 10 drei Fadensysteme auf, wobei ein erstes Fadensystem 19 aus mehreren sich im Wesentlichen in Richtung der Längserstreckung 17 erstreckenden Längsfäden 20, ein zweites Fadensystem 21 aus mehreren ersten Flechtfäden 22, die zu den Längsfäden 20 mit einem Winkel α schräg gekreuzt sind, ein drittes Fadensystem 23 aus mehreren zweiten Flechtfäden 24, die zu den Längsfäden 20 mit einem Winkel ß schräg und entgegengesetzt zu den ersten Flechtfäden 22 gekreuzt sind, besteht. In Fig. 8 wurde nur jeweils einer der Fäden 20, 22, 24 voll und die anderen zum jeweiligen Fadensystem 19, 21, 23 gehörenden Fäden zur besseren Übersicht mit unterbrochenen Linien dargestellt. In diesem Beispiel sind die Winkel α und ß betragsmäßig gleich und betragen hier 45°.

Fig. 9 nun zeigt den Einsatz eines erfindungsgemäßen

Rotorblattes 1 oder 10 in einer Windkraftanlage 25. Dabei sind drei der Rotorblätter 1 oder 10 direkt an die Nabe 26 angeflanscht. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau sind die Rotorblätter 1 oder 10 sehr leicht und von gleicher Masse, so dass die auf die Windkraftanlage 25 wirkende Wind- und Schwingungslast vermindert werden.

Verfahren zur Herstellung eines Rotorblattes für eine

Windkraftanlage sowie ein nach diesem Verfahren hergestelltes Rotorblatt

Bezugzeichenliste

1 Rotorblatt

2 Mantelfläche

3 Rotorblattfuß

4 Lasteinleitungselement, Zapfen

5 Kern

6 Mantel

7 Schutzschicht

8 Hohlraum

9 Endstück

10 Rotorblatt mit geglätteter Oberfläche

11 textiles Halbzeug

12 äußere Mantelfläche des textilen Halbzeuges

13 Hohlform

14 Einfüllstutzen

15 Matrixmaterial

16 Rotorblattformkörper

17 Längserstreckung

18 Längsachse

19 erstes Fadensystem

20 Längsfaden

21 zweites Fadensystem

22 erster Flechtfaden

23 drittes Fadensystem

24 zweiter Flechtfaden

25 Windkraftanlage

26 Nabe

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Rotorblattes für eine Windkraftanlage sowie ein nach diesem Verfahren hergestelltes RotorblattPatentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Rotorblattes für eine

Windkraftanlage umfassend folgende Schritte:

Aufbringen eines textilen Halbzeugs (11) auf einen Kern (5) durch Aufflechten in Radialflechttechnik,

Einbringen des textilen Halbzeugs (11) zusammen mit dem

Kern (5) in eine die äußere Mantelfläche (12) des textilen Halbzeuges (11) umschließende Hohlform (13) , die eine der Außenfläche (2) des Rotorblattes (9) formgebende Innenfläche aufweist,

Verschließen der Hohlform (13) ,

Einbringen eines duroplastisch aushärtenden Matrix- materiales (15) in die Hohlform (13) ,

Ausbilden einer Matrix in dem textilen Halbzeug (11) durch Infiltration und Aushärten des Matrixmateriales (15) unter Bildung eines Rotorblattformkörpers (16) und

Ausformen des einstückig geformten Rotorblattformkörpers (16) .

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennz e ichnet , dass das textile Halbzeug (11) auf einen formstabilen Kern (5) mit einer Außenform, die zu der Außenform des herzustellenden Rotorblattes geometrisch ähnlich ist, aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kenn z ei chnet , dass der Rotorblattformkörper (16) it einer über den Umfang und über die Längserstreckung konstanten Wandstärke zwischen Kern (5) und Mantelfläche (2) hergestellt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kenn z e i chnet , dass der Kern (5) in der Art einer verlorenen Schalung in dem

Rotorblattformkörper (16) verbleibt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kenn z e i chnet , dass das textile Halbzeug (11) auf einen einfallenden Kern (5) aufgebracht wird und dieser Kern aus dem Rotorblattformkörper (16) nach dem Ausformen entfernt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kenn z e i chnet , dass das textile Halbzeug auf einen Blaskern aufgebracht wird, dass der Blaskern zusammen mit dem textilen Halbzeug in die Hohlform eingebracht wird und der Blaskern druckbeaufschlagt wird, derart, dass das textile Halbzeug an die Innenfläche der Hohlform angelegt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kenn z e i chnet , dass als Matrixmaterial (15) ein Epoxydharz, ein Vinylesterharz oder ein Polyesterharz eingesetzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch ge kennz eichnet , dass die äußere Mantelfläche (2) des Rotorblattformkörpers (16) mit einer Beschichtung oder einem Schichtsystem (7) versehen wird

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch ge kennz e ichnet , dass die Beschichtung oder das Schichtsystem (7) aus reibungs- oder haftungsminderndem Material besteht.

10. Verfahren nach Anspruch 3 und einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch ge kenn z e i chnet , dass an den Kern (5) ein Lasteinleitungselement (4; 9) angeformt ist, das nach dem Ausformen aus dem Rotorblattformkörper (16) herausragt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge kenn z ei chnet , dass das textile Halbzeug (11) mit drei Fadensystemen (19; 21; 23) geflochten wird, wobei ein erstes Fadensystem (19) aus mehreren sich im Wesentlichen in Richtung der Längserstreckung (17) erstreckenden Längsfäden (20) , ein zweites Fadensystem (21) aus mehreren ersten Flechtfäden (22), die zu den Längsfäden (20) schräg gekreuzt sind und ein drittes Fadensystem (23) aus mehreren zweiten Flechtfäden (24), die zu den Längsfäden (20) schräg und entgegengesetzt zu den ersten Flechtfäden (22) gekreuzt sind, besteht.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , dass die Längsfäden (20) so geflochten wer- den, dass sie zur Richtung der Längserstreckung (17) einen Winkel von höchstens 5° einschließen.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzei chnet , dass die ersten Flechtfäden (22) so geflochten werden, dass sie zur Richtung der Längs- erstreckung (17) einen Winkel (α) von 10° bis 80° einschließen.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch ge kennz ei chnet , dass die ersten Flechtfäden (22) so geflochten werden, dass sie zur Richtung der Längs- erstreckung (17) einen Winkel (α) von 20° bis 45° einschließen.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch ge kenn zei chnet , dass die zweiten Flechtfäden (24) so geflochten werden, dass sie zur Richtung der Längserstreckung (17) . einen Winkel (ß) von 10° bis 80° einschließen.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch ge kennz ei chnet , dass die zweiten Flechtfäden (24) so geflochten werden, dass sie zur Richtung der Längserstreckung einen Winkel (ß) von 20° bis 45° einschließen.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadur ch ge kennze i chnet , dass die ersten (22) und die zweiten Flechtfäden (24) so geflochten werden, dass sie betragsmäßig den gleichen Winkel (α, ß) zur Richtung der Längserstreckung (17) einschließen.

18. Rotorblatt für eine Windkraftanlage mit einem Rotorblattfuß zur Verbindung mit einer Nabe der

Windkraftanlage von dem aus sich ein Rotorblattformkörper (16) mit einer Längserstreckung in Richtung zu seinem dem Rotorblattfuß abgewandten Ende erstreckt, dadurch ge kenn z e i chnet , dass der Rotorblattformkörper (16) einstückig aus einem Werkstoffverbund aus einem mit einem in Radialflechttechnik geflochtenen textilen Halbzeug (11) in das eine Matrix aus duroplastisch ausgehärtetem Matrixmaterial (15) eingebracht ist, besteht.

19. Rotorblatt nach Anspruch 18, dadurch ge kenn- z ei chnet , dass der Rotorblattformkörper (16) eine über den Umfang und über die Längserstreckung konstante Wandstärke aufweist.

20. Rotorblatt nach Anspruch 18 oder 19, dadurch ge kenn z e i chnet , dass die Matrix aus Epoxydharz, Vinylesterharz oder Polyesterharz besteht.

21. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch ge kennze i chnet , dass der Rotorblattformkörper (16) als Mantel (6) auf einem Kern (5) angeordnet ist.

22. Rotorblatt nach Anspruch 9, dadurch ge kennz e i chnet , dass der Kern (5) aus Kunststoffmaterial besteht.

23. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch ge kenn z ei chnet , dass die Oberfläche

(2) des Rotorblattformkörpers (16) geglättet ist.

24. Rotorblatt nach Anspruch 23, dadurch ge kenn- zeichnet , dass die Oberfläche (2) des

Rotorblattformkörpers (16) durch eine Füllung des textilen Halbzeugs (11) mit der Matrix geglättet ist.

25. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch ge kennz e i chnet , dass die Oberfläche (2) des Rotorblattformkörpers (16) beschichtet ist.

26. Rotorblatt nach Anspruch 12, dadurch ge kenn z e i chnet , dass die Oberfläche (2) mit einem reibungs- oder haftungsminderndem Material beschichtet ist.

27. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch ge kennz ei chnet , dass der

Rotorblattformkörper (16) an seinem dem Rotorblattfuß zugewandten Ende mit einem Lasteinleitungselement (4; 9) versehen ist, das den Rotorblattfuß bildet oder mit ihm verbunden ist.

28. Rotorblatt nach Anspruch 27, dadurch ge kennz e i chnet , dass das Lasteinleitungselement (4; 9) eingeklebt ist.

29. Rotorblatt nach Anspruch 27 oder 28, dadurch ge kenn z e i chnet , dass das Lasteinleitungselement (4; 9) als Zapfen (4) ausgebildet ist, der koaxial zur Längsachse (18) des Rotorblattformkörpers (16) liegt.

30. Rotorblatt nach Anspruch 21 und einem der Ansprüche 22 bis 29, dadurch ge kenn z e i chnet , dass das Lasteinleitungselement (5; 9) an dem Kern angeformt ist.

31. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 18 bis 30, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das textile

Halbzeug (11) drei Fadensysteme (19; 21; 23) aufweist, wobei ein erstes Fadensystem (19) aus mehreren sich im Wesentlichen in Richtung der Längserstreckung (17) erstreckenden Längsfäden (20), ein zweites Fadensystem (21) aus mehreren ersten Flechtfäden (22) , die zu den Längsfäden (20) schräg gekreuzt sind und ein drittes Fadensystem (23) aus mehreren zweiten Flechtfäden (24), die zu den Längsfäden (20) schräg und entgegengesetzt zu den ersten Flechtfäden (22) gekreuzt sind, besteht.

32. Rotorblatt nach Anspruch 31, dadurch ge kennz e i chnet , dass die Längsfäden (20) zur Richtung der Längserstreckung (17) einen Winkel von höchstens 5° einschließen.

33. Rotorblatt nach Anspruch 31 oder 32, dadurch ge kenn z ei chnet , dass die ersten Flechtfäden (22) zur Richtung der Längserstreckung 17 einen Winkel (α) von 10° bis 80° einschließen.

34. Rotorblatt nach Anspruch 33, dadurch ge kennz e i chnet , dass die ersten Flechtfäden (22) zur Rich- tung der Längserstreckung (17) einen Winkel (α) von 20° bis 45° einschließen.

35. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 31 bis 34, dadurch ge kenn z e i chnet , dass die zweiten Flechtfäden (24) zur Richtung der Längserstreckung (17) einen Winkel (ß) von 10° bis 80° einschließen.

36. Rotorblatt nach Anspruch 34, dadurch ge kennzeichnet , dass die zweiten Flechtfäden (24) zur Rieh- tung der Längserstreckung (17) einen Winkel (ß) von 20° bis 45° einschließen.

37. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 31 bis 35, dadurch ge kenn z e i chnet , dass die ersten (22) und die zweiten Flechtfäden (24) betragsmäßig den gleichen Winkel (α, ß) zur Richtung der Längserstreckung (17) einschließen.